Kun Matti Irjala oli lapsena ajanut vanhempiensa autolla halki Suomen sukulaisvierailuille, hänen äitinsä tai isänsä laittoi matkustamon sisäilman kierrätyksen päälle, kun he ajoivat tiettyjen kaupunkien läpi. Rikkivedyn (H2S) ja muiden yhdisteiden paha haju ympäröi joitakin teollisuuskeskuksia, eivätkä niiden aiheuttamat yhdisteet ilmassa olleet terveydelle hyväksi.
Kun tohtori Matti Irjala, Aeromon tutkimus- ja kehitysjohtaja, ajaa nykyään autollaan saman kaupungin läpi, hän ei ole huolissaan lastensa suojelemisesta ympäröivältä ilmalta. Teollisuuslaitokset valvovat päästöjä aiempaa tarkemmin, ja valtio säätelee tiukemmin ilmakehään päästettäviä kemiallisia yhdisteitä. On myös syntynyt Aeromonin kaltaisia yrityksiä, jotka voivat auttaa teollisuusyrityksiä paremmin valvomaan, mitä haitallisia kemikaaleja teollisuuslaitoksista päästetään.
Aeromon valvoo nykyään monenlaisia ilmapäästöjä, kuten kaasukomponentteja, hiukkasia ja melua. Monia aineita on seurattava, sillä esimerkiksi hajut johtuvat harvoin yhdestä ainoasta yhdisteestä.
”Aloitimme mittaamalla polttoprosessien tuottamia kaasukomponentteja. Sittemmin olemme laajentaneet mittaustamme asiakkaiden tarpeiden mukaan myös haju- ja kasvihuonekaasujen tutkimiseen. Nykyään etsimme ilmasta myös muita teollisuuskemikaaleja, kuten jäähdytyksessä käytettäviä kaasuja”, Irjala kertoo.
Nopeasti kasvava kiinnostus metaaniin ja muihin haihtuviin orgaanisiin yhdisteisiin.
Perinteisiä säänneltyjä ja valvottuja yhdisteitä ovat rikkidioksidi (SO₂) ja typen oksidit (NOₓ), jotka voivat aiheuttaa maaperän ja veden happamoitumista, sekä ammoniakki (NH₃), joka on myrkyllistä ja joka voi samanaikaisesti aiheuttaa maaperän happamoitumista ja rehevöitymistä.
Tarve hidastaa ilmaston lämpenemistä on laajentanut asiakkaiden kiinnostuksen kohteet seurannan sääntelyn vähimmäistasoa pidemmälle: kaikkia merkityksellisiä kasvihuonekaasuyhdisteitä – hiilidioksidia (CO₂), metaania (CH₄) ja dityppioksidia (N₂O, jota kutsutaan myös ilokaasuksi) – seurataan ja valvotaan. Painopiste on jo CO₂:ssa ja CH₄:ssa, ja nyt katseet kääntyvät N₂O:hon, sillä vaikka maailmanlaajuiset päästöt ovat paljon pienemmät kuin CO₂:n tai CH₄:n, N₂O on huomattavasti voimakkaampi kasvihuonekaasu.
VOC-yhdisteisiin kuuluu monenlaisia kemikaaleja
Ilmassamme on paljon erilaisia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä, sisältäen hiilivetyjä, kuten bentseeniä, ja kloorattuja hiilivetyjä, kuten DDT:tä ja PCB:tä. VOC-yhdisteisiin kuuluvat myös alkoholit, glykolit ja esterit, joista monet kukkien ja hedelmien tuoksut syntyvät.
Monet VOC-päästöt ovat vaarattomia, mutta toiset eivät ole vain haitallisia vaan myös vaarallisia; ne voivat kertyä elimistöön ja aiheuttaa sairauksia, kuten syöpää. Haihtuvat orgaaniset yhdisteet edistävät savusumua muodostamalla alailmakehän otsonia reagoidessaan typen oksidien kanssa auringonvalossa. Koska VOC-yhdisteet liukenevat veteen, ne voivat myös uhata pohjaveden laatua.
Suuri osa VOC-päästöistä on peräisin ajoneuvojen polttamattomista polttoainejäämistä, ja toinen merkittävä lähde ovat kemialliset liuottimet. Tämän vuoksi esimerkiksi huoltoasemien ja maalitehtaiden on EU-maissa raportoitava VOC-päästöt vuosittain.
Tulosten analysointi edellyttää monimutkaista tietojen yhdistämistä.
Uusia kaasumaisia yhdisteitä voidaan seurata jatkuvasti, sillä Aeromon pystyy integroimaan uusia antureita BH-12-mittausjärjestelmäänsä nopeasti tarpeen mukaan.
”Olemme rakentaneet yleisen käyttöliittymän, jossa eri antureita voidaan yhdistää. Keskeinen osa työtämme on antureilta saatavan tiedon analysointi.”
Lähes kaikilla pienillä antureilla, jotka on suunniteltu havaitsemaan VOC-yhdisteitä tai hajuyhdisteitä, on suuri joukko ristiinherkkyyksiä, mikä tarkoittaa, että anturit reagoivat useisiin yhdisteisiin, eivät vain kohdeyhdisteeseen. Tämä tekee tietojen analysoinnista haastavaa.
”Ratkaisemme ongelman sisällyttämällä mittaustilanteeseen useita antureita, jotka reagoivat seurattavaan yhdisteeseen. Ne reagoivat kuitenkin eri tavoin muihin kuin seurattavaan yhdisteeseen. Vertailemalla eri antureilta saatuja tuloksia Aeromon algoritmi voi määrittää tarkemmin kiinnostavan yhdisteen läsnäolon”, Irjala sanoo.
Yleensä mitataan noin 1-5 yhdistettä kerrallaan.
Asiakkaat haluavat yleensä mitata 1-5 yhdistettä kerrallaan. Irjalan mukaan yhdellä lennolla voidaan kuitenkin mitata enintään 15-20 yhdistettä, riippuen valituista antureista.
Irjala korostaa ilmavirran tuntemisen tärkeyttä. Mittaukset pyritään tekemään ihanteellisissa tuuliolosuhteissa, mutta pienet turbulenssit eli nopeat muutokset ilmavirran nopeudessa ja suunnassa vaikuttavat aina tuloksiin. Lisäksi saman vuodon kemikaalit voivat käyttäytyä ilmassa eri tavalla painonsa vuoksi.
”Säämittaustulosten ymmärtäminen on myös osa Aeromon ydinosaamista”, Irjala selittää.
PID-, NDIR- ja TDLAS-anturien kehittäminen parantaa mittauksia
Eri yhdisteiden mittaamiseen käytetään erilaisia antureita jotka kehittyvät nopeasti.
Irjalan mukaan VOC-yhdisteiden mittaamiseen voidaan käyttää fotoionisaatioilmaisimia (PID). PID:ssä korkeaenergiset fotonit hajottavat molekyylit positiivisesti varatuiksi ioneiksi. Ionit tuottavat sähkövirran, joka muodostaa ilmaisimen signaalilähteen. Mitä suurempi VOC-pitoisuus on, sitä enemmän ioneja syntyy ja sitä suurempi on virta.
PID on tehokas ja edullinen ilmaisin, jolla voidaan tunnistaa useita kaasuja ja höyryjä. PID-ilmaisimet antavat välittömiä lukemia, toimivat jatkuvasti ja niitä käytetään yleisesti kannettavissa käsilaitteissa.
Vastaavasti NDIR-anturia (nondispersiivinen infrapuna-anturi) tai TDLAS-anturia (viritettävää diodilaserabsorptiospektroskopiaa käyttävä anturi) käytetään yleisesti muun muassa ammoniakin, typpioksidin ja metaanin mittaamiseen.
Sekä NDIR- että TDLAS-spektroskopia perustuvat valon absorptioon tietyllä aallonpituudella kohdekaasun läsnä ollessa. Nämä ilmaisutekniikat koostuvat valonlähteestä, ilmaisimesta ja optisesta ontelosta, jossa näytekaasu altistuu valolle. Absorption suuruus kaasukohtaisella aallonpituudella muunnetaan pitoisuudeksi.
”Näiden tekniikoiden miniatyrisointi on auttanut meitä suuresti mittaamaan komponentteja tarkasti. Nyt näiden antureiden paino, suorituskyky ja luotettavuus mahdollistavat luotettavan tiedonkeruun, jota aina etsimme”, Irjala sanoo.